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2014年大分子体系理论、模拟与计算研讨会

作者：裴汉文刘鸿吕中元理论化学计算国家重点实验室吉林大学理论化学研究所长春市柳条路2号吉林大学科技楼130023

本文利用粗粒化分子动力学模拟方法，研究接枝链改性的平板表面的结构及疏水特性，明晰控制材料疏水性能强弱的各项物理因素以及调控手段，包括：表面的亲疏水性对液滴状态的影响，表面纤毛接枝密度、纤毛链柔性以及纤毛长度对表面疏水... 详细信息

本文利用粗粒化分子动力学模拟方法，研究接枝链改性的平板表面的结构及疏水特性，明晰控制材料疏水性能强弱的各项物理因素以及调控手段，包括：表面的亲疏水性对液滴状态的影响，表面纤毛接枝密度、纤毛链柔性以及纤毛长度对表面疏水性的影响。

关键词：纤毛状表面材料疏水性分子动力学模拟

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多分散性对环状两嵌段共聚物相行为的影响

多分散性对环状两嵌段共聚物相行为的影响

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2014年大分子体系理论、模拟与计算研讨会

作者：焦贵省钱虎军吕中元理论化学计算国家重点实验室吉林大学理论化学研究所长春市柳条路2号吉林大学科技楼130023

本文利用耗散粒子动力学方法(DPD)研究了分子量多分散性(PDI)对环状两嵌段共聚物相行为的影响。主要研究了体系中有序-有序转变点(OOT)、层状相厚度等受分子量分布的影响。与线性两嵌段共聚物相比,环状两嵌段共聚物由于没有自由链末端,... 详细信息

本文利用耗散粒子动力学方法(DPD)研究了分子量多分散性(PDI)对环状两嵌段共聚物相行为的影响。主要研究了体系中有序-有序转变点(OOT)、层状相厚度等受分子量分布的影响。与线性两嵌段共聚物相比,环状两嵌段共聚物由于没有自由链末端,体系更难发生相分离。在线性两嵌段体系中,多分散性使体系的OOT 点向多分散组分大的方向发生偏移,层状相厚度随PDI 的增加而增大,而在环状两嵌段共聚物体系中我们发现了类似的影响：OOT点发生偏移及层状相厚度随PDI 的增加而增大。但是,由于环状两嵌段共聚物的闭环结构,OOT 点的偏移幅度及层状相厚度的增加幅度与线性分子有所不同。

关键词：环状两嵌段共聚物分散性耗散粒子动力学

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具有谷胱甘肽过氧化物酶活力的含碲环糊精衍生物

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高等学校化学学报 2013年第9期34卷 2146-2151页

作者：吕冰聪董森薛峤宗慧吕绍武罗贵民吉林大学分子酶学工程教育部重点实验室长春130012 吉林大学理论化学计算国家重点实验室长春130023

设计并合成了谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)模拟物6A,6A'-二苯胺-6B,6B'-二碲桥联-β-环糊精(6-AnTeCD),采用双酶偶联法进行GPx活力测定和酶反应动力学分析,通过噻唑蓝(MTT)比色法评价了6-AnTeCD对H2O2诱导心肌细胞氧化损伤的保护作... 详细信息

设计并合成了谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)模拟物6A,6A'-二苯胺-6B,6B'-二碲桥联-β-环糊精(6-AnTeCD),采用双酶偶联法进行GPx活力测定和酶反应动力学分析,通过噻唑蓝(MTT)比色法评价了6-AnTeCD对H2O2诱导心肌细胞氧化损伤的保护作用.结果表明,6-AnTeCD催化谷胱甘肽(GSH)还原过氧化氢(H2O2)的活力高于6-AnSeCD、6,6'-二碲桥联-β-环糊精(6-TeCD)和Ebselen等GPx模拟物.稳态动力学分析显示,6-AnTeCD的催化机制为乒乓机制.6-AnTeCD分子兼具引入底物结合部位和改造催化部位的双重优点,具有分子量小、毒性低及可有效保护心肌细胞免受氧化损伤的优点.

关键词：谷胱甘肽过氧化物酶模拟物底物结合催化部位改造含碲环糊精

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NiTi过渡金属团簇的结构和芳香性的理论研究

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高等学校化学学报 2013年第2期34卷 455-461页

作者：时圣刚封继康田维全刘子忠李伟奇崔艳红吉林大学理论化学研究所理论化学计算国家重点实验室长春130021 包头师范学院化学学院包头014030

在B3PW91/6-311+G(d)计算水平上,计算并讨论了Ni4Ti2,[Ni4Ti2]2+,[Ni4Ti2]2-与Ni4Ti4,[Ni4Ti4]2+,[Ni4Ti4]2-团簇的几何结构和芳香性.在构型优化过程中得到了Ni4Ti2(D4h),[Ni4Ti2]2+(D4h),[Ni4 Ti2]2-(D4h)和Ni4 Ti4(D2h)4个稳定构型,发现当引入上下2个Ti原子后,Ni4环成为了平面正方形构型.核无关化学位移(NICS)计算结果表明,Ni4Ti2(D4h)与Ni4Ti4(D2h)的NICS值为正,而[Ni4Ti2]2+(D4h)和[Ni4Ti2]2-(D4h)的NICS值为负,且[Ni4Ti2]2-(D4h)的NICS值更负.同时还发现,由s与d轨道参与形成的反磁性环流是引起[Ni4Ti2]2+(D4h)和[Ni4Ti2]2-(D4h)具有较大芳香性的主要原因;其中Ti原子主要提供dz2与s轨道,而Ni原子主要利用其dz2与dx2-y2轨道形成正方形环,它们之间构成了球状的d轨道环流,且[Ni4Ti2]2+(D4h)和[Ni4Ti2]2-(D4h)中还有非常明显的π轨道环流.

关键词：密度泛函理论芳香性核无关化学位移 NiTi形状记忆合金

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三分子聚集体中的非局域电子-振动耦合的理论研究

三分子聚集体中的非局域电子-振动耦合的理论研究

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中国化学会第十二届全国量子化学会议

作者：陈先凯 Veaceslav Coropceanu 任爱民 Jean-Luc Brédas 吉林大学理论化学计算国家重点实验室 School of Chemistry and Biochemistry & Center for Organic Photonics and Electronics Georgia Institute of Technology

电子-振动耦合是姜-泰勒效应的一个重要组成部分[1]。它对单分子、分子聚集体以及固体的各种电子性质(例如,分子和分子聚集体光谱,以及载流子输运性质)有着重要的影响,所以受到了化学、物理学家广泛的关注。在过去的几十年里,人们对其... 详细信息

电子-振动耦合是姜-泰勒效应的一个重要组成部分[1]。它对单分子、分子聚集体以及固体的各种电子性质(例如,分子和分子聚集体光谱,以及载流子输运性质)有着重要的影响,所以受到了化学、物理学家广泛的关注。在过去的几十年里,人们对其中一种电子-振动耦合进行了广泛并且深入的研究,即局域电子-振动耦合。这种耦合主要来源于分子内振动对电子的散射,在分子光谱中体现为非常密集的振动精细结构;以这种耦合为基础发展的理论模型(Holstein极化子模型)已经在各个领域得到了广泛应用[2]。相比于局域耦合,非局域电子-振动耦合机制的研究则较为落后。非局域耦合主要是由分子间振动与电子的相互作用引起的。为了深入理解非局域耦合对分子聚集体的电子性质的影响,我们研究了带有周期性边界条件的三分子聚集体(最小的封闭体系)的静态势能面和对应哈密顿量的全量子解,并且获得了一系列有趣的结果。

关键词：分子聚集体非局域电子性质振动耦合理论研究

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稀土金属掺杂对锐钛矿型TiO2光催化活性影响的理论和实验研究

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高等学校化学学报 2013年第2期34卷 434-440页

作者：刘月余林魏志钢潘湛昌邹燕娣谢英豪广东工业大学轻工化工学院广州510006 吉林大学理论化学研究所理论化学计算国家重点实验室长春130021

从理论和实验两方面探讨稀土金属掺杂对锐钛矿型TiO2光催化活性的影响.理论上采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理,对稀土掺杂TiO2前后的几何结构、能带结构、态密度及电子结构进行了系统的研究.结果表明,Y,La,Gd,Lu,Ce,Eu,Yb和Tb掺... 详细信息

从理论和实验两方面探讨稀土金属掺杂对锐钛矿型TiO2光催化活性的影响.理论上采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理,对稀土掺杂TiO2前后的几何结构、能带结构、态密度及电子结构进行了系统的研究.结果表明,Y,La,Gd,Lu,Ce,Eu,Yb和Tb掺杂有助于TiO2光催化活性的提高;而对于Pr,Nd,Pm,Sm,Dy,Ho,Er和Tm掺杂,由于在价带顶和导带底之间形成了较多的可能成为光生电子和空穴的复合中心的杂质能级,故此类稀土的掺杂浓度需要控制在较小的范围内.另一方面,采用溶胶-凝胶法制备了9种稀土金属(RE=Y,Ce,Pr,Sm,Gd,Dy,Ho,Er,Yb)掺杂的TiO2粉体,运用X射线衍射(XRD)和紫外-可见光谱法(UV-Vis)分别表征其晶体结构和光学吸收性质.结果表明,掺杂前后的TiO2均为锐钛矿相,且Ho,Pr,Ce,Sm,Y,Yb和Gd掺杂使TiO2在可见光区的吸收有不同程度的提高.理论预测与实验结果基本一致,且理论研究结果与周期表中稀土元素外层电子轨道排布规律一致,从而揭示了稀土元素掺杂的本质规律,指明了适量的稀土掺杂有利于TiO2光催化活性的提高.

关键词：稀土掺杂TiO2 锐钛矿相密度泛函理论能带结构

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两亲性超支化多臂共聚物自组装形貌对支化度的依赖性

两亲性超支化多臂共聚物自组装形貌对支化度的依赖性

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2014年大分子体系理论、模拟与计算研讨会

作者：谭海娜于春阳周永丰吕中元颜德岳上海交通大学化学化工学院上海200240 理论化学计算国家重点实验室吉林大学理论化学研究所长春130023

超支化聚合物(Hyperbranched polymers,HBPs)是一类具有不规则三维树枝状结构的高度支化大分子.由于其独特的结构和物理化学性质,现已成为自组装领域研究的热点.研究表明,HBPs 是分子自组装的优秀前体,丰富和扩展了聚合物自组装的研究... 详细信息

超支化聚合物(Hyperbranched polymers,HBPs)是一类具有不规则三维树枝状结构的高度支化大分子.由于其独特的结构和物理化学性质,现已成为自组装领域研究的热点.研究表明,HBPs 是分子自组装的优秀前体,丰富和扩展了聚合物自组装的研究范畴和研究内容.然而,对影响HBPs 自组装因素的研究往往局限在与线性嵌段聚合物相似的亲/疏水比例,分子量及聚合物组成等方面.作为表征HBPs 支化拓扑结构的特征参数,支化度(degree ofbranching,DB)是影响其自组装形貌的关键因素.我们课题组之前报道了支化度对HBPs 自组装形貌影响的实验结果：通过控制反应温度合成一系列具有不同支化度疏水核的两亲性超支化多臂共聚物,发现随着支化度升高,其可以自组装形成球形胶束,柱状胶束和囊泡,形貌呈现多样性.然而,该体系具体的自组装机理并未研究清楚.我们利用耗散粒子动力学方法(dissipative particle dynamics,DPD)系统研究了其自组装机理.研究工作表明,不同支化度的聚合物在组装初期均先形成小球形胶束,再进一步组装形成不同的形貌.对支化度最低的HBP 体系,小球形胶束会二次聚集形成大球形胶束(multi-micelle aggregates,MMA),模拟的最终形貌如图Fig.1a 所示;对较高支化度的HBP 体系,小球形胶束会进一步聚集且融合形成较大的球形胶束,如图Fig.1b 所示;对更高支化度的HBP 体系,小球形胶束会先形成短的柱状胶束,再继续聚集融合形成长的柱状胶束,如图Fig.1c 所示;对最高支化度的HBP体系,小球形胶束先聚集融合形成柱状胶束,随着胶束之间的聚集,体系中的柱状胶束开始逐渐融合成膜,接下来膜进一步弯曲并闭合形成最终的囊泡,如图Fig.1d 所示.我们成功地运用模拟的手段重现了随着支化度升高,两亲性超支化多臂共聚物自组装形成的不同的形貌,也即观察到了与实验现象一致的支化度依赖性自组装的拓扑结构放大现象,并从动力学角度解释了不同形貌转变的过程和机理.这对进一步深入理解超支化聚合物的自组装行为、过程和机理提供了重要的理论基础和借鉴意义.

关键词：耗散粒子动力学模拟超支化聚合物支化度自组装机理

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Sirt1及Sirt2与活性分子INA的作用机制研究

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化学学报 2013年第2期71卷 199-204页

作者：陈晓光赵晓杰王嵩王丽萍李惟孙家钟吉林大学生命科学学院长春130012 吉林大学理论化学研究所理论化学计算国家重点实验室长春130061

应用分子模拟理论与方法研究了人类沉默信息调节因子2相关酶类Sirtuin家族成员Sirt1及Sirt2与一种活性分子(命名为INA)的作用机制.同源模建了Sirt1的三维结构,通过分子对接手段得到Sirt1(NAD+)-INA及Sirt2(NAD+)-INA的两种复合物体系,... 详细信息

应用分子模拟理论与方法研究了人类沉默信息调节因子2相关酶类Sirtuin家族成员Sirt1及Sirt2与一种活性分子(命名为INA)的作用机制.同源模建了Sirt1的三维结构,通过分子对接手段得到Sirt1(NAD+)-INA及Sirt2(NAD+)-INA的两种复合物体系,进行了分子动力学模拟.并且分别计算了两种体系中关键氨基酸残基与INA的结合自由能值,由此推测出Sirt1(NAD+)-INA、Sirt2(NAD+)-INA体系结合位点分别为Val72,Ser73和Arg272及Phe235,Leu264和Gly305,确证了两种体系的结合模式.模拟结果表明,在Sirt1(NAD+)-INA体系中,INA与催化底物NAD+距离较近,可以相互作用,具有较高活性;在Sirt2(NAD+)-INA体系中,INA与催化底物NAD+距离较远,与在Sirt1体系中比较,INA对Sirt2体系的活性较弱,结果与实验一致.本文的研究,对今后以去乙酰化酶Sirt1,Sirt2为靶点的新药开发具有一定指导意义.

关键词：分子模拟 Sirt1 Sirt2 活性分子INA 作用机制

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PEO-PPO-PEO水溶液体系胶束化及凝胶化行为的耗散粒子动力学模拟

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高等学校化学学报 2013年第6期34卷 1454-1459页

作者：谢宇吕中元孙昭艳安立佳吉林大学理论化学研究所理论化学计算国家重点实验室长春130021 中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室长春130022

采用耗散粒子动力学(Dissipative particle dynamics,DPD)模拟方法研究了三嵌段共聚物聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(PEO-PPO-PEO)的胶束化和凝胶化行为.通过模拟得到了F127(EO99PO65EO99)水溶液的临界胶束浓度和临界凝胶浓度.结果发现,在... 详细信息

采用耗散粒子动力学(Dissipative particle dynamics,DPD)模拟方法研究了三嵌段共聚物聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(PEO-PPO-PEO)的胶束化和凝胶化行为.通过模拟得到了F127(EO99PO65EO99)水溶液的临界胶束浓度和临界凝胶浓度.结果发现,在298 K、质量分数低于40%时,F127水溶液中形成的胶束形状均为球形.此外,进一步研究了亲水嵌段长度对胶束结构及凝胶形成浓度的影响,结果发现,亲水嵌段越短,越有利于长椭球状胶束的形成,而临界凝胶浓度随着亲水嵌段PEO长度的增加而降低.

关键词：胶束化凝胶化聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯耗散粒子动力学

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界面自组装体系算法及软件的发展

界面自组装体系算法及软件的发展

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国家自然科学基金委员会“可控自组装体系及其功能化”重大研究计划年度交流暨研讨会

作者：胡中汉吉林大学理论化学研究所吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室长春市前进大街2699号130012

提供了一种严格计算二维周期性边界条件下的界面体系电荷相互作用的Ewald加和公式.传统的Ewald2D加和公式表达式具有一个特殊的N2量级的计算复杂度,通过把它的Fourier部分写成一个完整的积分形式,从对积分的严格梯形求和表达式中显然可... 详细信息

提供了一种严格计算二维周期性边界条件下的界面体系电荷相互作用的Ewald加和公式.传统的Ewald2D加和公式表达式具有一个特殊的N2量级的计算复杂度,通过把它的Fourier部分写成一个完整的积分形式,从对积分的严格梯形求和表达式中显然可以得到之前一些研究人员基于物理意义提出的静电层修正项(Electrostatic Layer Correction Term)和边界修正项(Boundary Correction Term).研究解析了典型三维自组装体系离子液体中的特殊荧光光谱、电荷转移反应以及分散碳纳米材料的结构成因。同时结合量子力学计算、全原子分子动力学模拟以及宏观动力学对石墨烯在不同溶剂(水、离子液体)中组装成石墨的过程进行了全方位的多尺度模拟研究。研究详细分析了不同的溶剂对组装的热力学、结构、动力学过程的影响。指出在此过程中催组剂是通过改变自组装的反应烩来改变组装速率的。对二维自组装体系，基于JEMS软件拟合自组装基元的分子力场以及应用针对界面体系中的二维周期性电荷相互作用的Ewald2D方法对二维蜂窝状以及线状自组装体系进行了初步的探讨。

关键词：分子自组装界面体系数值计算动力学模拟

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